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CFRP:積層パターンの違いによる破壊挙動の変化

更新日:2月19日

CFRPはプリプレグと呼ばれる中間材料をプレスすることで成形品を得ることが出来ますが

プリプレグには平織りor綾織りにして二方向に繊維を配向させたものと1方向(UD)にしか配向させていないプリプレグの2種類があります。

平織り・綾織りにしたプリプレグは繊維配向が1方向に比べ半分になるので強度も半分程度となります。

CFRPプリプレグの種類(平織り、UD)

   平織プリプレグ        UD プリプレグ  


では、実際にプリプレグが成形品となった場合、どのような破壊の仕方になるのか?

今回は実験的に3種類のプリプレグの組み合わせで成形品を作成後、3点曲げ試験を実施

してカメラにて破壊の様子を確認しました。


まずは平織りプリプレグによる積層品(6ply)

圧力子(下側)に接する領域から破壊が始まる様子が確認できました。

3点曲げ試験はテストピースに対し、圧縮と引張の荷重を与える試験となっています。

炭素繊維は引張荷重に対して非常に強い物性を持っていますが、圧縮荷重には弱く、

炭素繊維のポテンシャルを十分に発揮できないのでは?と思われます。


では、引張側にUDプリプレグを積層するとどのような挙動になるのでしょうか?

(平織り:3ply UD:3ply)

圧縮側と引張側とでバランスよく破壊が始まるように見えます。UDは引張側に使用すると

炭素繊維の強度を十分に発揮できると言えるのではないでしょうか?


では、今度は圧縮側にUDプリプレグを積層するとどうなるでしょうか?

(UD:3ply 平織り:3ply)

圧縮側から破壊は始まりますが、破壊を決定づけたのは引張側の平織りプリプレグの方でした。破壊モードが全然異なることが分かりました。


CFRPは積層パターンを変えることで強度だけでなく破壊の仕方まで変わってきます。

仕様に応じて最適な積層方法を見つけるためこうした実験による検証を積み重ねていかなくてはなりません。


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